(57)【要約】【課題】  無線アドホックネットワークシステムにおける中継ノードとなる無線通信装置のデータパケット滞留によるバッファ溢れを防止し、システム全体のスループットを向上させることを目的とする。【解決手段】  無線アドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、自無線通信装置および／もしくは近隣の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得する手段と、上記の取得した情報から自無線通信装置の送信優先度を算出する手段と、上記の送信優先度に基づいて自無線通信装置のデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定する手段とを備える。【選択図】  図８
2006101477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線アドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、
自無線通信装置および／もしくは近隣の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得する手段と、
上記の取得した情報から自無線通信装置の送信優先度を算出する手段と、
上記の送信優先度に基づいて自無線通信装置のデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定する手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
近隣の無線通信装置とデータ中継の処理量を示す情報を交換する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
上記のデータ中継の処理量を示す情報の交換は、近隣の無線通信装置を特定したユニキャストにより行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項４】
上記のデータ中継の処理量を示す情報の交換は、近隣の無線通信装置を特定しない定期的なビーコンパケットあるいはブロードキャストパケットにより行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、パケットのエレメントとして送信されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の配下に存在するステーションの数を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置と接続している他の無線通信装置の数を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項８】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の送信バッファ中のデータ量を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項９】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の送信トラヒック量を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の中継可能なトラヒック量のピーク値を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
上記の送信トラヒック量は、ＱｏＳカテゴリ毎に観測され通知されることを特徴とする請求項９または１０のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の受信トラヒック量を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
近隣の無線通信装置からの上記のデータ中継の処理量を示す情報の受信に対し、中継処理を要求するトラフィック量を含むレスポンスを返すことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
上記の優先度関連パラメタは、データパケットの送信開始までに要するバックオフタイムの発生を制御するＣＷパラメタであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
上記の優先度関連パラメタは、バックオフの前に待機する期間を規定するＡＩＦＳＮパラメタであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
上記の優先度関連パラメタは、最大帯域確保時間を規定するＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔパラメタであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
複数の無線通信装置の各々が通信可能な他の無線通信装置とデータ通信し、送信元の無線通信装置から送信先の無線通信装置までのデータを中継する無線アドホックネットワークシステムであって、
送信元と送信先のノード間で送信元の無線通信装置のデータを中継する少なくとも１つの無線通信装置は、
他の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得する手段と、
上記の取得した情報に応じてデータ送信にかかる自無線通信装置と近隣の無線通信装置の送信確率を所定値以内に設定する手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１８】
無線アドホックネットワークシステムを構成する無線通信方法であって、
自無線通信装置および／もしくは近隣の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得し、
上記の取得した情報から自無線通信装置の送信優先度を算出し、
上記の送信優先度に基づいて自無線通信装置のデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線アドホックネットワークにおける中継ノードへのデータパケット滞留を抑制し、かつ無線アドホックネットワーク内部のエンドツーエンド（End-to-End）のスループットをリンク毎に均一に設定することのできる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークシステムは、携帯電話における基地局に代表されるような集中制御局を必要とせずに、複数の無線通信装置（アクセスポイント、ノード）の各々が周囲の所定の範囲内にある通信可能な他の無線通信装置とデータ通信し、送信元の無線通信装置から送信先の無線通信装置まで途中の無線通信装置がデータを中継することで遠方までのデータ通信を可能とする技術である。
【０００３】
図１は一般的な無線アドホックネットワークシステムの構成例を示す図であり、ＡＰ１〜ＡＰ４はそれぞれアクセスポイントとして機能する無線通信装置を示している。なお、無線アドホックネットワークは、厳密な意味では、図２に示すように、ノートＰＣ（Personal Computer）などの無線ＬＡＮ端末のみにより構成されるアドホック型ネットワークと、図３に示すように、無線ＬＡＮ基地局および無線ＬＡＮ端末により構成されるメッシュ型ネットワークとに分類されるが、以下では、アドホック型ネットワーク、メッシュ型ネットワークともに「無線アドホックネットワーク」とする。図１におけるアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４は図２における無線ＬＡＮ端末もしくは図３における無線ＬＡＮ基地局に相当するが、図３における無線ＬＡＮ端末が中継機能を有する場合にはアクセスポイントに含めることができる。
【０００４】
図１において、隣接するアクセスポイント（ノード）間でのみデータ通信（パケット転送）が可能な配置にあるものとすると、互いの通信可能範囲内のアクセスポイント間（アクセスポイントＡＰ１−アクセスポイントＡＰ２間、アクセスポイントＡＰ２−アクセスポイントＡＰ３間、アクセスポイントＡＰ３−アクセスポイントＡＰ４間）ではデータ通信が直接に行われ、直接に通信が行えないアクセスポイント間（アクセスポイントＡＰ１−アクセスポイントＡＰ４間、アクセスポイントＡＰ１−アクセスポイントＡＰ３間、アクセスポイントＡＰ２−アクセスポイントＡＰ４間）では途中にあるアクセスポイントを介して間接的にデータ通信が行われる。なお、各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４の周囲には中継機能を持たない端末（ステーション）が存在可能であり、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４を介して通信が行えるようになっている。
【０００５】
図４（ａ）（ｂ）は無線ＬＡＮの規格であるIEEE802.11で規定される方式に基づくデータ送信の例を示す図であり、仮想キャリアセンスと呼ばれる方式によりデータパケットの衝突回避を行うようにしたものである（例えば、非特許文献１を参照。なお、非特許文献１は基地局−端末型の無線ＬＡＮシステムについて規格化している。）。
【０００６】
図４（ａ）において、アクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２にデータを送信するものとすると、ＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space）と呼ばれる一定時間およびランダムバックオフ（Backoff）時間ののち、アクセスポイントＡＰ１はデータパケットの送信を行う（ステップＳ０１）。これを受けて、アクセスポイントＡＰ２はデータ受信を完了した時点でＡＣＫ（ACKnowledgement）パケットを送信する（ステップＳ０２）。
【０００７】
図４（ｂ）において、アクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２にデータを送信するものとすると、アクセスポイントＡＰ１はデータ送信に先立ってデータを送信する旨を伝えるＲＴＳ（Request To Send）パケットをＤＩＦＳの一定時間およびランダムバックオフ時間ののちアクセスポイントＡＰ２に送信する（ステップＳ１）。これを受けて、アクセスポイントＡＰ２はデータの送信を許可するＣＴＳ（Clear To Send）パケットを返送する（ステップＳ２）。これによりアクセスポイントＡＰ１はデータを送信し（ステップＳ３）、アクセスポイントＡＰ２はデータ受信を完了した時点でＡＣＫパケットを送信する（ステップＳ４）。このＲＴＳ／ＣＴＳの送受信は隠れ端末問題の解決を可能としている。
【０００８】
図４（ａ）（ｂ）に示した方式では、連続してデータを送信する場合であっても、所定量のデータ送信の区切りの都度にバックオフの待機時間を必要とするため、データの転送量に限界がある。
【０００９】
図５（ａ）（ｂ）はIEEE802.11eで規定される方式に基づくデータ送信の例を示す図である。ＴＸＯＰ（Transmission Opportunity）と呼ばれる機能によりＱｏＳ（Quality of Service）サポートおよび高効率化を図ったものである（例えば、非特許文献２を参照。）。図５（ｂ）は図４（ｂ）にて述べた隠れ端末問題が発生している場合において、ＲＴＳ／ＣＴＳの交換を行っている。
【００１０】
図５（ａ）において、アクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２にデータを送信するものとすると、ＤＩＦＳの一定時間およびランダムバックオフ時間ののち、アクセスポイントＡＰ１はデータパケットの送信（ステップＳ０１１）を行い、これを受けて、アクセスポイントＡＰ２はデータ受信を完了した時点でＡＣＫパケットを送信（ステップＳ０１２）する点は同様であるが、予め設定されたパラメタ「ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ」の期間内はアクセスポイントＡＰ２からＡＣＫパケットが返送された時点で次のデータ送信を連続して行うことができるようになっている。
【００１１】
図５（ｂ）において、アクセスポイントＡＰ１からアクセスポイントＡＰ２にデータを送信するものとすると、アクセスポイントＡＰ１からＲＴＳパケットをアクセスポイントＡＰ２に送信し（ステップＳ１１）、アクセスポイントＡＰ２からデータの送信を許可するＣＴＳパケットを返送し（ステップＳ１２）、アクセスポイントＡＰ１がデータ送信を開始（ステップＳ１３）する点は同様であるが、予め設定されたパラメタ「ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ」の期間内はアクセスポイントＡＰ２からＡＣＫパケットが返送（ステップＳ１４、Ｓ１６、Ｓ１８）された時点で次のデータ送信（ステップＳ１５、Ｓ１７）を連続して行うことができるようになっている。
【００１２】
これにより、図４に示した方式と比較してバックオフが不要となる分、データ送信までに要する時間を短縮できるため、単位時間内に送信できるデータ量が増大し、効率的なデータ送信が可能となる。
【非特許文献１】ANSI/IEEE std 802.11, Wireless LAN medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications,1999.
【非特許文献２】IEEE P802.11e/D9.0, August 2004.
【非特許文献３】Fusao Nuno, Ichihiko Toyoda, and Masahiro Umehira, “Performance evaluation of QoS Control Scheme that uses back pressure traffic control,” PIMRC2004, Vol.2, pp.830-834
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来の無線アドホックネットワークシステムは上述したようなプロトコルに基づいて動作するものであったが、次のような問題点が指摘されていた。
【００１４】
すなわち、図１において、各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４はプロトコル上は同一の確率で送信機会を得るものではあるが、途中に配置されるアクセスポイントＡＰ２、ＡＰ３は中継ノードとして他のアクセスポイントのデータ中継を行う必要があることから、左右端部のアクセスポイントＡＰ１、ＡＰ４と比較して送信すべきデータ量が多くなり、相対的に送信機会が少なくなる。そのため、送信するデータを格納しておく送信バッファ（中継バッファ）が溢れる場合があり、溢れたデータは破棄されるものであることから、その後に再送が必要となり、無線アドホックネットワークシステム全体としてのスループットが低下するという問題があった。
【００１５】
更に、図５に示したＴＸＯＰ機能が適用される場合、本来はシステムのスループットの改善を目的とした技術であるにもかかわらず、上述したバッファ溢れの問題はより顕著なものとなる。すなわち、各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４がより大量のデータを連続して送信することにより、中継ノードにおいて蓄積されるデータ量はいっそう増大するからである。
【００１６】
以下、バッファ溢れが問題となる例につき、図６および図７により詳細に説明する。
【００１７】
図６ではアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３はアクセスポイントＡＰ４へ、アクセスポイントＡＰ４はアクセスポイントＡＰ５〜ＡＰ７へデータの送信を行っている場合を示している。アクセスポイントＡＰ４は無線アドホックネットワークにおいて中継ノードとしての役割を有する。前述の非特許文献１にて規定されている無線ＬＡＮ規格を使用した場合、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４の送信機会は均等となるため、アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３からアクセスポイントＡＰ４が受信する合計のデータ量と比べ、アクセスポイントＡＰ４がアクセスポイントＡＰ５〜ＡＰ７へ送信可能となるデータ量はおよそ３分の１になる。そのため、中継するアクセスポイントＡＰ４の送信バッファへ中継すべきデータパケットが滞留し、バッファ量の限界に達することでバッファ溢れが発生する。
【００１８】
図７ではアクセスポイントＡＰ１はアクセスポイントＡＰ２、ＡＰ３を介しアクセスポイントＡＰ４にデータパケットの送信を行い、同時にアクセスポイントＡＰ４もアクセスポイントＡＰ３、ＡＰ２を介しアクセスポイントＡＰ１にデータ送信を行う場合を示している。このようなネットワーク構成ではデータパケットを送信するアクセスポイント（ＡＰ１、ＡＰ４）は隣接するアクセスポイント（ＡＰ１はＡＰ２へ、ＡＰ４はＡＰ３へ）へデータ送信を行うが、中継するアクセスポイント（ＡＰ２、ＡＰ３）はそれぞれ隣接する２つのアクセスポイント（ＡＰ２はＡＰ１、ＡＰ３へ、ＡＰ３はＡＰ２、ＡＰ４へ）へデータを中継送信する必要がある。そのためデータの送信を行うアクセスポイント（ＡＰ１、ＡＰ４）よりも送信機会を多く取得しないと送信バッファにデータパケットが溜まり、結果としてバッファ溢れが発生する。
【００１９】
無線アドホックネットワークにてバッファ溢れが発生すると、複数の中継ノードを介して、つまり無線リソースを使用して伝達されてきたデータパケットが中継ノードで破棄される。よってバッファ溢れによるデータパケット破棄は無線リソースの浪費となる。したがって、中継ノードにおけるバッファ溢れ問題は無線アドホックネットワークにおいて大きな問題である。
【００２０】
この点、無線ＬＡＮ規格（非特許文献１等）では、無線アドホックネットワークにおける中継ノードでのバッファ溢れの問題を解決するための技術は規定されていない。従って、この規格をそのまま無線アドホックネットワークに用いた場合、中継ノードにおけるデータパケット溢れによるパフォーマンス劣化が顕著となる。
【００２１】
また、非特許文献３にはバッファへのデータパケット滞留問題を解決する技術が開示されているが、その解決方法としては、中継ノードから送信される確認応答パケットに対して１ｂｉｔのフィールドを追加し、中継ノードのバッファが溢れそうになった場合に送信者に対してレートを下げるよう通知するものである。この方式では送信ノードに対してトラヒックの制御を１ｂｉｔのみで行っており、送信データ量やデータパケットのバッファ量などを考慮していない。
【００２２】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、無線アドホックネットワークシステムにおける中継ノードとなるアクセスポイントのデータパケット滞留によるバッファ溢れを防止し、システム全体のスループットを向上させることのできる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、無線アドホックネットワークシステムを構成する無線通信装置であって、自無線通信装置および／もしくは近隣の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得する手段と、上記の取得した情報から自無線通信装置の送信優先度を算出する手段と、上記の送信優先度に基づいて自無線通信装置のデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定する手段とを備える無線通信装置を要旨としている。
【００２４】
また、請求項２に記載されるように、近隣の無線通信装置とデータ中継の処理量を示す情報を交換する手段を備えるようにすることができる。
【００２５】
また、請求項３に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報の交換は、近隣の無線通信装置を特定したユニキャストにより行うようにすることができる。
【００２６】
また、請求項４に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報の交換は、近隣の無線通信装置を特定しない定期的なビーコンパケットあるいはブロードキャストパケットにより行うようにすることができる。
【００２７】
また、請求項５に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、パケットのエレメントとして送信されるようにすることができる。
【００２８】
また、請求項６に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の配下に存在するステーションの数を含むようにすることができる。
【００２９】
また、請求項７に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置と接続している他の無線通信装置の数を含むようにすることができる。
【００３０】
また、請求項８に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の送信バッファ中のデータ量を含むようにすることができる。
【００３１】
また、請求項９に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の送信トラヒック量を含むようにすることができる。
【００３２】
また、請求項１０に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の中継可能なトラヒック量のピーク値を含むようにすることができる。
【００３３】
また、請求項１１に記載されるように、上記の送信トラヒック量は、ＱｏＳカテゴリ毎に観測され通知されるようにすることができる。
【００３４】
また、請求項１２に記載されるように、上記のデータ中継の処理量を示す情報は、当該無線通信装置の受信トラヒック量を含むようにすることができる。
【００３５】
また、請求項１３に記載されるように、近隣の無線通信装置からの上記のデータ中継の処理量を示す情報の受信に対し、中継処理を要求するトラフィック量を含むレスポンスを返すようにすることができる。
【００３６】
また、請求項１４に記載されるように、上記の優先度関連パラメタは、データパケットの送信開始までに要するバックオフタイムの発生を制御するＣＷパラメタであるものとすることができる。
【００３７】
また、請求項１５に記載されるように、上記の優先度関連パラメタは、バックオフの前に待機する期間を規定するＡＩＦＳＮパラメタであるものとすることができる。
【００３８】
また、請求項１６に記載されるように、上記の優先度関連パラメタは、最大帯域確保時間を規定するＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔパラメタであるものとすることができる。
【００３９】
また、請求項１７に記載されるように、複数の無線通信装置の各々が通信可能な他の無線通信装置とデータ通信し、送信元の無線通信装置から送信先の無線通信装置までのデータを中継する無線アドホックネットワークシステムであって、送信元と送信先のノード間で送信元の無線通信装置のデータを中継する少なくとも１つの無線通信装置は、他の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得する手段と、上記の取得した情報に応じてデータ送信にかかる自無線通信装置と近隣の無線通信装置の送信確率を所定値以内に設定する手段とを備え無線通信システムとして構成することができる。
【００４０】
また、請求項１８に記載されるように、無線アドホックネットワークシステムを構成する無線通信方法であって、自無線通信装置および／もしくは近隣の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得し、上記の取得した情報から自無線通信装置の送信優先度を算出し、上記の送信優先度に基づいて自無線通信装置のデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定する無線通信方法として構成することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法にあっては、無線アドホックネットワークシステムにおける自無線通信装置および必要に応じて他の無線通信装置のデータ中継の処理量を示す情報を取得し、これらから送信優先度を算出してデータ送信にかかる優先度関連パラメタを決定するようにしているので、相対的にデータ処理量の多くなる中継ノードとなる無線通信装置のバッファ溢れを防止し、システム全体のスループットを向上させ、無線アドホックネットワークシステム全体のパフォーマンスを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。なお、IEEE802.11無線ＬＡＮプロトコル（非特許文献１）を適用することを前提とする。
【００４３】
＜第１の実施形態＞
図８は本発明の第１の実施形態にかかる無線通信装置の構成図である。
【００４４】
図８において、アクセスポイントＡＰとして機能する無線通信装置は、データ送信（中継）に関する機能部として、送信するデータ（受信信号）を一時的に蓄積する送信バッファ１と、優先度関連パラメタ（後述）により送信優先度を考慮したデータ送信を行う優先制御モジュール２と、自己のアクセスポイントＡＰの配下のステーション（ＳＴＡ）の数および自己のアクセスポイントＡＰと直接に接続関係にある隣接ノード数をカウントしてデータ中継の処理量を示す情報を取得するアソシエーション情報モジュール３と、このアソシエーション情報モジュール３の情報に基づいて自己のアクセスポイントＡＰの送信優先度を算出して優先制御モジュール２の優先度関連パラメタを決定する優先度算出モジュール４とを備えている。
【００４５】
図９は各アクセスポイントの配下に存在するステーションの例を示す図であり、アクセスポイントＡＰ１の配下には３台のステーション（ＳＴＡ）が存在し、アクセスポイントＡＰ２の配下には６台のステーションが存在し、アクセスポイントＡＰ３の配下には１台のステーションが存在し、アクセスポイントＡＰ４の配下には２台のステーションが存在する場合を示している。各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４のアソシエーション情報モジュール３（図８）は自己の配下に存在するステーション数をカウントし、優先度算出モジュール４は配下に存在するステーション数に応じて送信優先度を算出する。すなわち、配下に存在するステーション数が多い場合はデータ中継の処理量が多くなることが推定されるため、バッファ溢れを防止するために送信優先度を高くする。
【００４６】
図１０はアクセスポイントの接続関係の例を示す図であり、アクセスポイントＡＰ１の隣接ノード数は１（アクセスポイントＡＰ４と接続）、アクセスポイントＡＰ２の隣接ノード数は１（アクセスポイントＡＰ３と接続）、アクセスポイントＡＰ３の隣接ノード数は２（アクセスポイントＡＰ２およびアクセスポイントＡＰ４と接続）、アクセスポイントＡＰ４の隣接ノード数は３（アクセスポイントＡＰ１、アクセスポイントＡＰ３、アクセスポイントＡＰ５と接続）、アクセスポイントＡＰ５の隣接ノード数は２（アクセスポイントＡＰ４およびアクセスポイントＡＰ６と接続）、アクセスポイントＡＰ６の隣接ノード数は１（アクセスポイントＡＰ５と接続）の場合を示している。各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４のアソシエーション情報モジュール３（図８）は自己の隣接ノード数をカウントし、優先度算出モジュール４は隣接ノード数に応じて送信優先度を算出する。すなわち、隣接ノード数が多い場合はデータ中継の処理量が多くなることが推定されるため、バッファ溢れを防止するために送信優先度を高くする。
【００４７】
優先制御モジュール２（図８）において送信優先度を考慮したデータ送信を行う際の送信データ量の制御は、IEEE802.11eにて規定されているＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）パラメタの変更により実現可能である。ＥＤＣＡは本来ＱｏＳのためのメカニズムであるが、ＥＤＣＡのメカニズムを使用することで送信トラヒックの制御を行うことができる。
【００４８】
図１１はＥＤＣＡパラメタの説明図であり、ＥＤＣＡの動作を決定するＥＤＣＡパラメタはＡＩＦＳ（Arbitrary Inter Frame Space）、Ｂａｃｋｏｆｆ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ（Transmission Opportunity Limit）により構成される。ＡＩＦＳはＢａｃｋｏｆｆまでに待機する一定時間、Ｂａｃｋｏｆｆはパケット送信までに待機するランダム時間、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔは一つのノードが連続してデータパケットの送信を行うことができる一定期間である。
【００４９】
ＡＩＦＳは以下の式で与えられる一定期間である。
【００５０】
ＡＩＦＳ＝ＡＩＦＳＮ×ＳｌｏｔＴｉｍｅ
ここでＡＩＦＳＮ（Arbitrary Inter Frame Space Number）はＱｏＳの優先度にて決定される定数、ＳｌｏｔＴｉｍｅは物理層プロトコルにより決定されるスロット時間である。IEEE802.11にて規定されているＡＩＦＳＮのデフォルト値は２、ＳｌｏｔＴｉｍｅは２０μｓである。
【００５１】
Ｂａｃｋｏｆｆは以下の式で与えられるランダム時間である。
【００５２】
Ｂａｃｋｏｆｆ＝ｒａｎｄｏｍ（）×ＳｌｏｔＴｉｍｅ
ｒａｎｄｏｍ（）は閉区間［０，ＣＷ］から選ばれるランダム値である。ＣＷ（Contention Window）は物理層や再送回数、ＱｏＳの優先度にて決定される定数である。とくに再送前のＣＷの値をＣＷｍｉｎと呼ぶ。たとえばIEEE802.11ではＣＷｍｉｎのデフォルト値は３１と決定されている。ＳｌｏｔＴｉｍｅは２０μｓであることから平均Ｂａｃｋｏｆｆは３１０μｓとなる。
【００５３】
ＴＸＯＰ  ＬｉｍｉｔはＱｏＳ優先度のみにより決定される定数である。ＱｏＳを適用しない場合、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔは定義されず、１パケットのみ送信可能である。
【００５４】
従って、ＡＩＦＳＮパラメタを小さくすることでデータを送信するまでの待機時間が短くなって送信優先度が高くなるものである。また、ＣＷパラメタを小さくすることでバックオフタイムが小さくなり、データを送信するまでの時間が短くなって送信優先度が高くなるものである。更に、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔパラメタを長くすることで当該アクセスポイントは長時間にわたって帯域を占有することが可能になり、送信優先度が高くなるものである。
【００５５】
図１２は図８に示した第１の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【００５６】
図１２において、無線アドホックネットワークシステムの各ノードを構成するアクセスポイントＡＰは、アソシエーション情報モジュール３の制御のもと、他のアクセスポイントからビーコン等を受信し（ステップＳ１０１）、当該アクセスポイントＡＰの配下に存在するステーション数と、当該アクセスポイントＡＰと接続関係にある隣接ノード数とをカウントする（ステップＳ１０２）。
【００５７】
次いで、優先度算出モジュール４は、アソシエーション情報モジュール３で取得したステーション数および隣接ノード数に基づいて送信優先度を算出し、優先度関連パラメタ（ＣＷ、ＡＩＦＳＮ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ）を決定する（ステップＳ１０３）。
【００５８】
そして、優先制御モジュール２は送信バッファ１に保持されたデータを上記の優先度関連パラメタに基づいて送信する（ステップＳ１０４）。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
次に、図１３は本発明の第２の実施形態にかかる無線通信装置の構成図であり、優先度算出モジュール４が送信バッファ１からデータ中継の処理量を示す情報としてバッファデータ量情報を取得し、このバッファデータ量に基づいて自己のアクセスポイントＡＰの送信優先度を算出して優先制御モジュール２の優先度関連パラメタを決定するようにしている。その他の構成は図８に示したものと同様である。なお、図８に示したアソシエーション情報モジュール３を併せて設け、優先度算出モジュール４においてステーション数、隣接ノード数、バッファデータ量を同時に優先度関連パラメタの決定に用いるようにしてもよい。
【００６０】
図１４は各アクセスポイントの送信バッファのデータ量の例を示す図であり、アクセスポイントＡＰ３のバッファデータ量が最も多く、次いでアクセスポイントＡＰ２、アクセスポイントＡＰ１、アクセスポイントＡＰ４の順となっている場合を示している。各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４では自己の送信バッファ１（図１３）のバッファデータ量を監視し、優先度算出モジュール４はバッファデータ量に応じて送信優先度を算出する。すなわち、バッファデータ量が多い場合はデータ中継の処理量が多くなっていると判断されるため、バッファ溢れを防止するために送信優先度を高くする。
【００６１】
図１５は図１３に示した第２の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【００６２】
図１５において、無線アドホックネットワークシステムの各ノードを構成するアクセスポイントＡＰは、優先度算出モジュール４により送信バッファ中のデータ量を監視し（ステップＳ２０１）、全バッファサイズに対するデータサイズの割合を算出する（ステップＳ２０２）。
【００６３】
次いで、優先度算出モジュール４は、算出した全バッファサイズに対するデータサイズの割合に基づいて送信優先度を算出し、優先度関連パラメタ（ＣＷ、ＡＩＦＳＮ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ）を決定する（ステップＳ２０３）。
【００６４】
そして、優先制御モジュール２は送信バッファ１に保持されたデータを上記の優先度関連パラメタに基づいて送信する（ステップＳ２０４）。
【００６５】
＜第３の実施形態＞
次に、図１６は本発明の第３の実施形態にかかる無線通信装置の構成図であり、隣接ＡＰ情報交換モジュール５により隣接するアクセスポイントとの間で自己のアクセスポイント配下のステーション数、隣接ノード数およびバッファデータ量を交換するとともに、優先度算出モジュール４はアソシエーション情報モジュール３および隣接ＡＰ情報交換モジュール５により取得した自己および隣接するアクセスポイントのステーション数、隣接ノード数、バッファデータ量を同時に考慮して優先度関連パラメタの決定を行うようにしたものである。この場合は、送信優先度を相対的に決定することができるため、よりネットワークの状況に即した送信優先度を付与することができる。
【００６６】
図１７は図１６に示した第３の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【００６７】
図１７において、無線アドホックネットワークシステムの各ノードを構成するアクセスポイントＡＰは、隣接ＡＰ情報交換モジュール５により、アソシエーション情報モジュール３から取得した自己の配下のステーション数、自己の隣接ノード数およびバッファデータ量（割合）をビーコン等により隣接するアクセスポイントに送信する（ステップＳ３０１）。
【００６８】
一方で、隣接ＡＰ情報交換モジュール５は隣接する他のアクセスポイントからのビーコン等により、当該他のアクセスポイントの配下のステーション数、隣接ノード数およびバッファデータ量を受信する（ステップＳ３０２）。
【００６９】
次いで、優先度算出モジュール４はアソシエーション情報モジュール３から取得した自己の配下のステーション数、自己の隣接ノード数およびバッファデータ量と隣接ＡＰ情報交換モジュール５が他のアクセスポイントから取得した同情報とを比較し（ステップＳ３０３）、これらの情報を総合的に判断して送信優先度を算出し、優先度関連パラメタ（ＣＷ、ＡＩＦＳＮ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ）を決定する（ステップＳ３０４）。
【００７０】
そして、優先制御モジュール２は送信バッファ１に保持されたデータを上記の優先度関連パラメタに基づいて送信する（ステップＳ３０５）。
【００７１】
＜第４の実施形態＞
次に、図１８は本発明の第４の実施形態にかかる無線通信装置の構成図であり、隣接ＡＰ情報交換モジュール５により隣接するアクセスポイントに対して送信トラヒック量等の情報をシグナリング等により制御パケットとして送信するとともに、隣接するアクセスポイントから制御パケットを受信し、優先度算出モジュール４により優先度関連パラメタの決定を行うようにしたものである。
【００７２】
図１９は第４の実施形態におけるフロー制御処理を示すフローチャートであり、大別して以下の３つのフェーズにより構成される。
（１）送信トラフィック量およびバッファ量の観測
（２）シグナリング等による周辺ノードへの通知
（３）送信トラフィック調整
図１９において、先ず、データパケットを中継するアクセスポイントは常に送信トラヒック量および送信バッファ中のパケット数を観測する（ステップＳ４０１）。なお、観測される送信トラヒック量やバッファ中のパケット数は常に変化するため、常時行われる。次に、データパケットを中継するアクセスポイントは接続している隣接するアクセスポイントへ観測した送信トラヒック量および送信バッファ中のパケット数を制御パケットにより通知する（ステップＳ４０２）。
【００７３】
隣接するアクセスポイントは、制御パケットを受信すると（ステップＳ４０３）、制御パケット中に含まれる中継ノードの送信トラヒック量および送信バッファ中のパケット数に応じ前述したＥＤＣＡパラメタを制御することにより送信トラヒック制御を行う（ステップＳ４０４）。
【００７４】
以下、上記の各処理についてより詳細に説明する。
【００７５】
図２０は各アクセスポイントが観測する送信トラヒックの例を示す図であり、各アクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ４は自分の送信トラヒックを観測する。例えば、アクセスポイントＡＰ１は送信トラヒックＦ１を、アクセスポイントＡＰ２は送信トラヒックＦ２および送信トラヒックＲ３を、アクセスポイントＡＰ３は送信トラヒックＦ３および送信トラヒックＲ２を、アクセスポイントＡＰ４は送信トラヒックＲ１を観測する。
【００７６】
図２１は各アクセスポイントが観測する送信トラヒックの他の例を示す図であり、アクセスポイントＡＰ１は送信トラヒックＦ１を、アクセスポイントＡＰ２は送信トラヒックＦ２を、アクセスポイントＡＰ３は送信トラヒックＦ３を、アクセスポイントＡＰ４はアクセスポイントＡＰ５〜ＡＰ７へ送信する各トラヒックＦ５、Ｆ６、Ｆ７あるいは合計の送信トラヒックＦ４（Ｆ５＋Ｆ６＋Ｆ７）をそれぞれ観測する。
【００７７】
なお、送信トラヒック量の測定は自分の送信したデータパケットに対して確認応答パケットが受信できた数を一定時間中に観測することにより容易に実現可能である。また、一定時間中の送信トラヒック量の他に送信トラヒック量のピーク値としてもよい。更に、厳密なフロー制御を行うため、合計送信量のほかにＱｏＳの優先度毎、あるいは優先度の他に送信先リンク毎のトラヒック統計情報を収集して通知してもよい。また観測期間は一定期間ごとの平均値を取得する方法、あるいは移動平均による観測方法などが適用可能である。
【００７８】
次に、隣接するアクセスポイントにシグナリングするための方法としては、
（１）ユニキャストによる方法
（２）定期的に送信されるビーコンによる方法
の２通りが考えられる。（１）はユニキャストで送信されるため受信側へ確実に送信レート制御を指示する信号を通知することができるという利点がある。図２２はユニキャストによるシグナリングの例を示す図であるが、例えばアクセスポイントＡＰ３は送信トラヒックＦ３をアクセスポイントＡＰ２へ、逆方向の送信トラヒックＲ２をアクセスポイントＡＰ４へフローコントロールリクエスト（Flow Control Request）パケットＦＣ−Ｒｅｑへ含め送信する。また、フローコントロールリクエストＦＣ−Ｒｅｑを受け取ったアクセスポイントＡＰ２、ＡＰ４はフローコントロールレスポンス（Flow Control Response）ＦＣ−ＲｅｓをアクセスポイントＡＰ３に返送する。このユニキャストによるシグナリングでは、確実に隣接ノードへ情報伝達が可能であるが、中継ノードに接続されているノード数が多い場合はユニキャストパケットが多く発生し、無線帯域を低下させる可能性がある。
【００７９】
図２３はビーコンによるシグナリングの例を示す図であり、定期的にブロードキャストで送信されるビーコンパケットＢｅａｃｏｎへ新規情報を追加することによりフローコントロールシグナリングを実現している。フローコントロールに必要となる新規パケットを定義せず、パケットへのエレメントの追加のみで簡易に実現可能である一方、ブロードキャストで送信されるため信頼性の低下、またあらかじめ決定された周期で送信されるため短期間でのフロー制御ができない、などのデメリットがある。
【００８０】
図２４はスター型トポロジにおけるシグナリングの例を示す図であり、中継するアクセスポイントＡＰ４から、このアクセスポイントＡＰ４にデータを送信するアクセスポイントＡＰ１〜ＡＰ３に対してフローコントロールリクエストＦＣ−Ｒｅｑを送信するものである。
【００８１】
フロー制御に使用可能なフレーム構成例を図２５〜図２８に示す。それぞれはパケットに含まれるエレメント例としており、ユニキャストによる方式およびビーコンによる方式の両方の方式に対し適用可能である。
【００８２】
図２５はアクセスポイントのデータ送信量を周囲のノードに通達するためのエレメントであり、エレメントＩＤ（Element ID）と、ペイロードの長さ（Length）と、データ送信量（Packet transmission rate）とを有している。図２６は付加情報としてのノード接続数を周囲のノードに通達するためのエレメントであり、エレメントＩＤ（Element ID）と、ペイロードの長さ（Length）と、ノード接続数（Number of associated MP(Mesh Point)）とを有している。図２７はノードが受信するデータ量をリンク毎に示したものであり、エレメントＩＤ（Element ID）と、ペイロードの長さ（Length）と、リンク数分のリンク識別（Associated MP’s MAC Address）および受信データ量（Packet receiving rate）とを有している。図２８では各ＱｏＳの優先度ＡＣ（Access Category）毎の最大送信データレート（Peak Data Rate）を有するエレメントの例である。図２８ではさらにフローコントロールリクエストパケットを受信したノードが送信トラヒックを制御すべき時間を示すタイマー（Expiration Timer）を含んでいる。
【００８３】
また、フローコントロールレスポンスは、通常は単なる確認応答（ACKnowledgement）のパケットとなるが、更に、自己の要求する送信トラフィック量（Offered Load）を含めるようにしてもよい。また、この要求する送信トラフィック量はＱｏＳの優先度毎に区分して通知するようにしてもよい。この場合、要求する送信トラフィック量の大きいアクセスポイントに対して優先的にデータを送信するように制御することが可能となる。図２９は確認応答パケットに含むことのできる各ＡＣ毎の要求送信トラヒック量を示すエレメントを示している。
【００８４】
次に、上記のエレメントを含むフロー制御パケットを受信したノードのデータ送信量制御について述べる。なお、送信データ量制御の方法はユニキャストによる方法とビーコンフレームを用いた場合で送信手順の差はあるが、受信側での差異はない。以下ではユニキャストによるシグナリングを用いた場合を前提として説明する。
【００８５】
図３０は送信レート制御の例を示す図であり、アクセスポイントＡＰ２はアクセスポイントＡＰ３から受信したフローコントロールパケットに含まれる送信トラヒック量と受信接続ノード数の情報を使用し、送信量制御を行っている状態を示している。例えば、フレームに含まれる“送信トラヒック量”が６Ｍｂｉｔ／ｓ、“受信側接続ノード数”が“２”であった場合、アクセスポイントＡＰ２の送信トラヒックは３Ｍｂｉｔ／ｓ（６Ｍｂｉｔ／ｓ÷２）以下でないとアクセスポイントＡＰ３のバッファ量が増加する可能性が高い。そのため、アクセスポイントＡＰ２は送信トラヒックを低下させるためにＡＩＦＳＮの値をインクリメントする。逆に３Ｍｂｉｔ／ｓ以下である場合はトラヒックを増加させることが可能であるため、アプリケーションの要求に応じてＡＩＦＳＮの値をデクリメントする。この例ではＡＩＦＳＮの値を例としたが、ＣＷｍｉｎ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔを変更することにより送信レートを変更することも可能である。ＣＷｍｉｎやＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔを変更した場合はＡＩＦＳＮの変更と比較し、送信データ量の大幅な変更が可能である。一方、ＡＩＦＳＮでの送信トラヒック制御はＣＷｍｉｎやＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔによる変更と比較し緩やかな制御が可能となる。また、フローコントロールパケットに含まれるバッファ使用量を使用し、上記のＡＩＦＳＮ、ＣＷｍｉｎ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔを制御することも可能である。例えば、フローコントロールパケットに含まれる中継ノードの送信データ量は閾値以下であるものの、バッファ使用量が半分以上であった場合はＡＩＦＳＮやＣＷｍｉｎを増加し、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔを減少させ、バッファ溢れを防ぐことが可能である。
【００８６】
＜総括＞
このように、無線アドホックネットワークシステムにおける自アクセスポイントおよび必要に応じて他のアクセスポイントのデータ中継の処理量を示す情報として、アクセスポイント配下のステーション数、隣接ノード数およびバッファデータ量を取得し、これらから送信優先度を算出してデータ送信にかかる優先度関連パラメタ（ＣＷ、ＡＩＦＳＮ、ＴＸＯＰ  Ｌｉｍｉｔ）を決定するようにしているので、相対的にデータ処理量の多くなる中継ノードとなるアクセスポイントのバッファ溢れを防止し、システム全体のスループットを向上させることができる。従って、無線アドホックネットワークシステムにおけるアプリケーションとしての利用が期待されている音声通話（ＶｏＩＰ：Voice over Internet Protocol）等の大容量で許容される遅延時間の短い用途においても、ネットワークパフォーマンスの改善を図ることが可能となる。
【００８７】
更に、優先度関連パラメタを制御するものであって、データ送信のプロトコル自体に変更を加えるものではないため、本発明を適用していない他のアクセスポイントとも通信が可能であり、バックワードコンパチビリティーが見込めるものである。
【００８８】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】無線アドホックネットワークシステムの構成例を示す図である。
【図２】アドホック型ネットワークの例を示す図である。
【図３】メッシュ型ネットワークの例を示す図である。
【図４】IEEE802.11で規定される方式に基づくデータ送信の例を示す図である。
【図５】IEEE802.11eで規定される方式に基づくデータ送信の例を示す図である。
【図６】バッファ溢れが問題となる例を示す図（その１）である。
【図７】バッファ溢れが問題となる例を示す図（その２）である。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかる無線通信装置の構成図である。
【図９】各アクセスポイントの配下に存在するステーションの例を示す図である。
【図１０】アクセスポイントの接続関係の例を示す図である。
【図１１】ＥＤＣＡパラメタの説明図である。
【図１２】第１の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第２の実施形態にかかる無線通信装置の構成図である。
【図１４】各アクセスポイントの送信バッファのデータ量の例を示す図である。
【図１５】第２の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施形態にかかる無線通信装置の構成図である。
【図１７】第３の実施形態におけるデータ送信処理を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態にかかる無線通信装置の構成図である。
【図１９】第４の実施形態におけるフロー制御処理を示すフローチャートである。
【図２０】各アクセスポイントが観測する送信トラヒックの例を示す図（その１）である。
【図２１】各アクセスポイントが観測する送信トラヒックの例を示す図（その２）である。
【図２２】ユニキャストによるシグナリングの例を示す図である。
【図２３】ビーコンによるシグナリングの例を示す図である。
【図２４】スター型トポロジにおけるシグナリングの例を示す図である。
【図２５】フロー制御パケットの例を示す図（その１）である。
【図２６】フロー制御パケットの例を示す図（その２）である。
【図２７】フロー制御パケットの例を示す図（その３）である。
【図２８】フロー制御パケットの例を示す図（その４）である。
【図２９】フロー制御確認応答パケットの例を示す図である。
【図３０】送信レート制御の例を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
ＡＰ    アクセスポイント
１      送信バッファ
２      優先制御モジュール
３      アソシエーション情報モジュール
４      優先度算出モジュール
５      隣接ＡＰ情報交換モジュール
【図１】
2006101477.tif 000003
【図２】
2006101477.tif 000004
【図３】
2006101477.tif 000005
【図４】
2006101477.tif 000006
【図５】
2006101477.tif 000007
【図６】
2006101477.tif 000008
【図７】
2006101477.tif 000009
【図８】
2006101477.tif 000010
【図９】
2006101477.tif 000011
【図１０】
2006101477.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006101477.tif 000014
【図１３】
2006101477.tif 000015
【図１４】
2006101477.tif 000016
【図１５】
2006101477.tif 000017
【図１６】
2006101477.tif 000018
【図１７】
2006101477.tif 000019
【図１８】
2006101477.tif 000020
【図１９】
2006101477.tif 000021
【図２０】
2006101477.tif 000022
【図２１】
2006101477.tif 000023
【図２２】
2006101477.tif 000024
【図２３】
2006101477.tif 000025
【図２４】
2006101477.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
2006101477.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
2006101477.tif 000030
【図２９】
2006101477.tif 000031
【図３０】
2006101477.tif 000032